油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油氣井工程領(lǐng)域的實驗裝置與方法，可以評價油氣井壓裂工況井筒完整性。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣井壓裂改造是開發(fā)非常規(guī)油氣資源的一種有效途徑，通過注入壓裂液使油氣藏產(chǎn)生裂縫，從而降低油氣的流動阻力。壓裂施工在改造油氣藏的同時，也增大了井筒失效的風(fēng)險。例如，對12 口頁巖氣水平井進(jìn)行壓裂，其中8 口井出現(xiàn)了套管變形。井筒完整性是安全、高效地開采油氣資源的必要條件。壓裂引起井筒完整性的失效機(jī)理十分復(fù)雜，目前尚無評價該工況下井筒完整性的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了揭示油氣井壓裂工況井筒失效機(jī)理和探索井筒完整性控制措施，本發(fā)明提供了一種油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置與方法。該裝置包括:巖體與井筒物理模型、外壓缸套、外壓加載管線、內(nèi)壓加載管線、高壓栗、三向加載液壓缸、液壓控制模塊、應(yīng)變傳感器、氣壓傳感器、歐姆表和計算機(jī)。外壓缸套外部連接有外壓加載管線和高壓栗，夕卜壓缸套內(nèi)部布置了三向加載液壓缸，三向加載液壓缸與液壓控制模塊連接，三向加載液壓缸中間放置有巖體與井筒物理模型，巖體與井筒物理模型由套管、水泥環(huán)、巖體及射孔孔眼組成，套管入口連接有內(nèi)壓加載管線和高壓栗，套管入口還連接有高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)，套管外壁連接有應(yīng)變傳感器，水泥環(huán)內(nèi)部連接有氣壓傳感器和歐姆表。
[0004]本發(fā)明還提供了利用上述裝置評價井筒完整性的實驗方法。實驗方法包括以下步驟:步驟一，在套管外壁上布置應(yīng)變片，并連接應(yīng)變傳感器和計算機(jī)；步驟二，制作含有井眼和射孔孔眼的巖體；步驟三，在巖體的井眼中放置套管，在套管與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿，套管、水泥環(huán)和巖體共同組成了巖體與井筒物理模型，水泥環(huán)連接氣壓傳感器和歐姆表；步驟四，把巖體與井筒物理模型放置于三向加載液壓缸之中，通過外壓加載管線和高壓栗對巖體施加孔隙壓力，通過三向加載液壓缸對巖體施加三向主地應(yīng)力；步驟五，在壓裂液中混合示蹤劑，通過內(nèi)壓加載管線和高壓栗向套管內(nèi)部注入壓裂液，對巖體進(jìn)行水力壓裂；步驟六，在壓裂過程中，利用應(yīng)變傳感器和計算機(jī)測量套管應(yīng)變，利用歐姆表考察水泥環(huán)內(nèi)部竄流情況；步驟七，在壓裂完成后，通過高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)向套管內(nèi)部注入氣體，利用氣壓傳感器和計算機(jī)監(jiān)測生產(chǎn)時氣體在水泥環(huán)中竄流壓力；步驟八，擊碎巖體與水泥環(huán)，觀察巖體與水泥環(huán)內(nèi)部示蹤劑分布規(guī)律。
[0005]本發(fā)明可以模擬油氣井壓裂及生產(chǎn)過程，評價壓裂工況井筒完整性的結(jié)果可信度高，為油氣井套管設(shè)計、固井和壓裂參數(shù)優(yōu)化提供了實驗依據(jù)。
【附圖說明】
[0006]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0007]附圖是油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置。
[0008]附圖中:1.氣體壓縮機(jī)，2.高壓氣瓶，3.水箱，4.內(nèi)壓加載管線和高壓栗，5.夕卜壓加載管線和高壓栗，6.壓力計，7.外壓缸套，8.應(yīng)變傳感器，9.計算機(jī)，10.氣壓傳感器，11.歐姆表，12.三向加載液壓缸，13.射孔孔眼，14.套管，15.水泥環(huán)，16.巖體，17.液壓控制模塊。
【具體實施方式】
[0009]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征和有益效果有更加清楚地理解，現(xiàn)參照說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行以下詳細(xì)說明。
[0010]本發(fā)明提供了一種油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置，如附圖所示。壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置包括:氣體壓縮機(jī)(I)、高壓氣瓶(2)、水箱(3)、內(nèi)壓加載管線和高壓栗(4)、外壓加載管線和高壓栗(5)、壓力計(6)、外壓缸套(7)、應(yīng)變傳感器
(8)、計算機(jī)(9)、氣壓傳感器(10)、歐姆表(11)、三向加載液壓缸(12)、射孔孔眼(13)、套管
(14)、水泥環(huán)(15)、巖體(16)和液壓控制模塊(17)。外壓缸套(7)外部連接有外壓加載管線和高壓栗(5)，外壓缸套(7)內(nèi)部布置了三向加載液壓缸(12)，三向加載液壓缸(12)與液壓控制模塊(17)連接，三向加載液壓缸(12)中間放置有巖體與井筒物理模型，巖體與井筒物理模型由套管(14)、水泥環(huán)(15)、巖體(16)及射孔孔眼(13)組成，套管(14)入口連接有內(nèi)壓加載管線和高壓栗(4)，套管(14)入口還連接有高壓氣瓶(2)和氣體壓縮機(jī)(1)，套管(14)外壁連接有應(yīng)變傳感器(8)，水泥環(huán)(15)內(nèi)部連接有氣壓傳感器(10)和歐姆表
[11]0
[0011]利用上述裝置評價井筒完整性的實驗方法包括以下步驟:步驟一，在套管(14)外壁上布置應(yīng)變片，并連接應(yīng)變傳感器(8)和計算機(jī)(9);步驟二，制作含有井眼和射孔孔眼
(13)的巖體(16);步驟三，在巖體的井眼中放置套管(14)，在套管(14)與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿，套管(14)、水泥環(huán)(15)和巖體(16)共同組成了巖體與井筒物理模型，水泥環(huán)
(15)連接氣壓傳感器(10)和歐姆表(11);步驟四，把巖體與井筒物理模型放置于三向加載液壓缸(12)之中，通過外壓加載管線和高壓栗(5)對巖體(16)施加孔隙壓力，通過三向加載液壓缸(12)對巖體施加三向主地應(yīng)力；步驟五，在壓裂液中混合示蹤劑，通過內(nèi)壓加載管線和高壓栗⑷向套管(14)內(nèi)部注入壓裂液，對巖體(16)進(jìn)行水力壓裂；步驟六，在壓裂過程中，利用應(yīng)變傳感器⑶和計算機(jī)(9)測量套管(14)應(yīng)變，利用歐姆表(11)考察水泥環(huán)(15)內(nèi)部竄流情況；步驟七，在壓裂完成后，通過高壓氣瓶(2)和氣體壓縮機(jī)(I)向套管(14)內(nèi)部注入氣體，利用氣壓傳感器(10)和計算機(jī)(9)監(jiān)測生產(chǎn)時氣體在水泥環(huán)(15)中竄流壓力；步驟八，擊碎巖體(16)與水泥環(huán)(15)，觀察巖體(16)與水泥環(huán)(15)內(nèi)部示蹤劑分布規(guī)律。
【主權(quán)項】
1.油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置，其特征是:包括巖體與井筒物理模型、外壓缸套、外壓加載管線、內(nèi)壓加載管線、高壓栗、三向加載液壓缸、液壓控制模塊、應(yīng)變傳感器、氣壓傳感器、歐姆表和計算機(jī)；外壓缸套外部連接有外壓加載管線和高壓栗，外壓缸套內(nèi)部布置了三向加載液壓缸，三向加載液壓缸與液壓控制模塊連接，三向加載液壓缸中間放置有巖體與井筒物理模型，套管入口連接有內(nèi)壓加載管線和高壓栗及高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)，套管外壁連接有應(yīng)變傳感器，水泥環(huán)內(nèi)部連接有氣壓傳感器和歐姆表。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置，其特征是:巖體含有井眼和射孔孔眼，在井眼中放置套管，在套管與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿，套管、水泥環(huán)和巖體共同組成了巖體與井筒物理模型。3.油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:包括以下步驟:步驟一，在套管外壁上布置應(yīng)變片，并連接應(yīng)變傳感器和計算機(jī)；步驟二，制作含有井眼和射孔孔眼的巖體；步驟三，在巖體的井眼中放置套管，在套管與井眼之間環(huán)空中注入水泥漿，水泥環(huán)連接氣壓傳感器和歐姆表；步驟四，把巖體與井筒物理模型放置于三向加載液壓缸之中，對巖體施加孔隙壓力和三向主地應(yīng)力；步驟五，在壓裂液中混合示蹤劑，通過內(nèi)壓加載管線和高壓栗向套管內(nèi)部注入壓裂液，對巖體進(jìn)行水力壓裂；步驟六，在壓裂過程中，測量套管應(yīng)變，考察水泥環(huán)內(nèi)部竄流情況；步驟七，在壓裂完成后，通過高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)向套管內(nèi)部注入氣體，監(jiān)測生產(chǎn)時氣體在水泥環(huán)中竄流壓力；步驟八，擊碎巖體與水泥環(huán)，觀察巖體與水泥環(huán)內(nèi)部示蹤劑分布規(guī)律。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:通過外壓加載管線和高壓栗對巖體施加孔隙壓力，通過三向加載液壓缸對巖體施加三向主地應(yīng)力。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:通過高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)向套管內(nèi)部注入氣體來模擬采氣過程。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:在套管外壁上布置應(yīng)變片，并連接應(yīng)變傳感器和計算機(jī)，通過測量應(yīng)變實時地評價套管完整性。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:根據(jù)水泥環(huán)和壓裂液導(dǎo)電性差異，利用歐姆表測量水泥環(huán)內(nèi)部液體竄流情況，評價壓裂時水泥環(huán)完整性。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:利用氣壓傳感器監(jiān)測氣體在水泥環(huán)中竄流壓力，評價氣井生產(chǎn)時水泥環(huán)完整性。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗方法，其特征是:在壓裂液中混合示蹤劑，實驗后擊碎巖體與水泥環(huán)，觀察示蹤劑分布規(guī)律，評價壓裂后巖體與水泥環(huán)完整性。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種油氣井壓裂工況井筒完整性評價的實驗裝置，外壓缸套外部連接有外壓加載管線和高壓泵，外壓缸套內(nèi)部布置了三向加載液壓缸，三向加載液壓缸與液壓控制模塊連接，三向加載液壓缸中間放置有巖體與井筒物理模型，巖體與井筒物理模型由套管、水泥環(huán)、巖體及射孔孔眼組成，套管入口連接有內(nèi)壓加載管線和高壓泵，套管入口還連接有高壓氣瓶和氣體壓縮機(jī)，套管外壁連接有應(yīng)變傳感器，水泥環(huán)內(nèi)部連接有氣壓傳感器和歐姆表。本發(fā)明還提供了利用上述裝置評價井筒完整性的實驗方法。本發(fā)明可以模擬油氣井壓裂及生產(chǎn)過程，評價壓裂工況井筒完整性的結(jié)果可信度高，為油氣井套管設(shè)計、固井和壓裂參數(shù)優(yōu)化提供了實驗依據(jù)。
【IPC分類】E21B47/00, E21B49/00, E21B47/11, E21B43/26
【公開號】CN105041284
【申請?zhí)枴緾N201510251392
【發(fā)明人】尹飛, 高德利, 劉奎
【申請人】中國石油大學(xué)(北京)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月14日